小麦茎部镉积累性状全基因组关联分析及优异位点挖掘

小麦镉(Cd)污染日益加重,严重威胁食品安全和人类健康,培育和应用低镉积累品种是降低镉污染小麦风险的最有效途径之一,通过分子标记辅助手段可加快低镉积累特性小麦的筛选和培育。本研究选用175份小麦种质材料,种植于陕西省镉中度污染农田,对灌浆初期小麦茎部镉含量、镉富集系数和转运系数进行聚类分析,筛选出10个低镉积累特性种质。同时利用小麦660K单核苷酸多态性(SNP)芯片,通过3种模型对茎部镉含量、生物富集系数和转运系数进行全基因组关联分析,共鉴定到33个相关遗传位点,其中28个是新的SNP位点。针对茎部镉含量和转运系数3A上的2个主效QTL,开发了KASP标记,并在验证群体中明确了其准确性和实用性。基于基因注释和同源基因比对,预测了10个基因可能直接参与小麦镉积累转运相关生物过程;其中TraesCS3A02G289200基因是一个热休克转录因子,它在水稻中的同源基因(OsHsfA4a)被验证能够提高水稻对镉的耐受性。10个低镉积累特性种质及相关基因可用于小麦耐镉污染育种及有效分子标记开发。

磷肥对砷污染土壤的植物修复效率的影响:田间实例研究

通过田间试验研究施用磷肥对砷超富集植物蜈蚣草(PterisvittataL.)生长和砷污染土壤修复效率的影响.结果表明,适量施用磷肥促进蜈蚣草的生长,显著提高其生物量,但过量施用磷肥对植物产量无贡献.随着磷肥施用量的增加,蜈蚣草地上部砷含量呈先增加后减少的趋势,理论上在施磷量为340kg·hm-2时,砷含量可达最高(1622mg·kg-1).磷的含量与施磷量呈极显著的正相关关系.施磷量为200kg·hm-2的砷累积量最高,是不施磷处理砷累积量的2 4倍及600kg·hm-2施磷量砷累积量的1 2倍.种植蜈蚣草7个月后,土壤总砷均有不同程度的下降,施磷量为200kg·hm-2的土壤中砷含量下降5 0mg·kg-1,土壤修复效率最高(7 84%).对照和600kg·hm-2施磷量处理的土壤修复效率分别为2 31%和6 63%.理论上达到最大土壤修复效率所需施磷量为369kg·hm-2.施用磷肥可以维持土壤有效态砷含量在蜈蚣草种植前后变化不大,保证蜈蚣草下个生育期对砷的吸收.这些结果说明施用磷肥是蜈蚣草等砷超富集植物在现场修复中的必要手段,优化施磷技术可大大提高砷污染土壤的修复效率.

提高植物修复效率的技术途径与强化措施

通过物理、化学或生物学手段,从土壤、植物及其生境3个方面着手来提高植物去除土壤重金属能力是植物修复技术应用研究的重要方向.对国内外植物修复过程中所应用的强化手段与辅助措施进行了一定的研究,分别阐述了施肥、水分管理、耕作栽培、修复剂、生物技术等方法的作用机制及应用效果.今后,植物修复技术需针对有应用前景的超富集植物进行生境特征的系统研究,并着重开发高效、低风险的土壤修复剂,注重植物修复成套技术的工程应用研究.

污染水稻田中土壤含砷量的空间变异特征

利用地统计学方法研究在长期淹水和频繁干湿交替影响下污染水稻田中砷的小尺度空间分布特征。采用变异函数定量描述含砷量分布特征 ,用克立格插值法对表层土壤未测点的含砷量进行最优估计 ,并绘制含砷量等值线分布图。结果表明 ,来自表面污染源的砷进入农田土壤后主要积累在耕层 0～ 2 0cm中 ,对 4 0～ 80cm土壤影响不大。耕层土壤含砷量半方差值呈有规律持续增加趋势 ,可用直线方程很好地拟合。表层土壤含砷量存在很好的空间结构性 ,高砷区出现在进水口附近 ,并以其为中心呈斑块状向周围扩散 。

典型矿业城市的土壤重金属分布特征与复合污染评价——以“镍都”金昌市为例

通过对甘肃省金昌市(镍矿城市)建成区的土壤重金属调查研究,揭示了其重金属来源、污染现状及其环境风险。结果表明:当地主要矿产品Ni和Cu两种重金属的土壤污染最严重,与《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)的III级标准比较,样品Ni和Cu的超标率分别为70%和57%,污染面积分别为26 km2和24 km2;土壤As和Cd污染主要集中在矿冶区和尾砂库附近,居民区土壤污染程度低;土壤Cr污染出现在尾砂库和采矿区附近,污染面积为3 km2。在城区土壤中,Co、Cu、Cd、Pb与Zn的污染来源及空间分布具有相似特征,而土壤As污染与Ni污染特征相近。Nemero综合指数评价结果表明,高风险区域主要分布在东部矿冶区、北部尾砂库和西南角采矿区,城市居民区的土壤重金属污染水平较低。

不同磷肥对砷超富集植物蜈蚣草修复砷污染土壤的影响

施肥是提高重金属污染土壤的植物修复效率的必要强化措施之一.通过研究农业生产中常用磷肥对砷超富集植物蜈蚣草生长、砷累积及氮磷钾吸收的影响,确定可提高蜈蚣草修复砷污染土壤能力的最佳磷肥类型.结果表明,与不施砷对照组相比,添加砷处理中施用相应磷肥的蜈蚣草总生物量中蜈蚣草均有所降低(除钙镁磷肥外);在添加砷的情况下,钙镁磷肥、磷酸二氢钙和磷酸二氢铵等3个施磷处理总生物量相对较高,显著高于其他磷肥处理和不施磷处理(0.83g/pot);地上部砷累积量由大到小的顺序为:磷酸二氢钙>钙镁磷肥>磷酸二氢铵>磷酸二氢钾>磷酸二氢钠>不施磷>>过磷酸钙;磷酸二氢钙处理的砷去除效率高达7.28%.由此可见,磷肥能一定程度提高砷超富集植物的修复能力,但不同磷肥对其砷去除效率的影响可达数倍之差,磷酸二氢钙是首选磷肥类型,综合考虑土壤pH、N、P和有效态砷等各种因子,磷酸二氢铵和钙镁磷肥也可作备选肥料类型.

金昌镍铜矿区植物的重金属含量特征与先锋植物筛选

论文研究了西北荒漠的金昌镍铜矿区植物重金属特征,并初步筛选了植被重建的可用物种资源。该次调查共记录了32种高等植物,分属30属14科,调查区域的物种数为:露天矿(20种)>新尾砂库坝(13种)>露天矿周边(8种)>老尾砂库坝(6种)>老尾砂库(5种)。优势物种主要为:砂蓝刺头、中亚紫菀木、弯茎还羊参、乳苣、芦苇、针茅属、骆驼蓬、泡泡刺、角果藜。砂蓝刺头、弯茎还羊参、乳苣、芦苇和密叶锦鸡儿适宜作荒漠矿区植被重建的先锋植物,而种植针茅属和角果藜可用于西北荒漠的矿区土地重金属污染治理。矿区植物的地上部平均Cu含量最高,为52.9mg/kg。植物地上部Ni含量为5.1～155.6mg/kg,平均含量为39.1mg/kg。角果藜地上部Ni和Cu含量是所有植物中最高的,分别为155.6和239.0mg/kg。回归分析发现,Ni与Cu密切相关,Cu含量越高,Ni的富集和累积Ni量也越高。

陡坡地皇竹草水土保持效益研究

以皇竹草作为生物篱植物,探讨了其在陡坡地的生长状况和水土保持效益。结果表明:皇竹草茎叶鲜生物量259.2t/hm2,年产干草51.2t/hm2,根系的84.96%集中分布于0～30cm土层内,根系密度48.6条/100cm2,可有效减小土壤容重,增加土壤孔隙度,提高土壤贮水量,固持土壤,是优良的水土保持植物。

农田生态系统中土壤氮素行为的研究现状与展望

氮是植物必需的营养元素和作物产量的主要限制因子。但是 ,农田中过量施用氮素却可导致环境污染。本文综述了农田生态系统中土壤氮素的各种行为 ,特别是各种形态氮素的转化和氮肥的主要去向 ,并概述了氮肥施用的新技术 。

蜈蚣草的超微结构和砷、钙的亚细胞分布

本文对砷和钙处理下蜈蚣草羽叶中砷、钙的亚细胞分布、超微结构变化及钙定位进行了研究。无砷处理下,各亚细胞组分中砷的分布为:细胞壁>胞质>细胞器。0.2 mmol/L砷处理下,羽叶各亚细胞组分中砷的分布为:胞质>>细胞壁>细胞器。不同处理下,各亚细胞组分中钙含量变化规律相似:细胞壁最高,胞质其次,而细胞器远低于前两者。5 mmol/L钙处理对蜈蚣草羽叶细胞超微结构产生破坏,使细胞出现明显的质壁分离。在高砷高钙环境中,钙可能会增强砷对蜈蚣草的毒害效应,导致羽叶细胞的超微结构受到破坏。

三峡库区坡耕地粮经果复合垄作技术效益评价

坡耕地水土流失对三峡库区生态环境和农业可持续性发展构成双重压力。以聚土垄作与农林复合为基础,组装坡耕地粮经果复合垄作技术。结果表明:该技术不仅培肥土壤,增加土壤水有效性,减少水土流失,而且显著提高土地生产力,发挥了较好的立体农业生态经济效益,为三峡库区坡耕地的利用与保护提供了技术支撑。

三峡库区紫色土坡耕地不同利用方式的水土流失特征

紫色土坡耕地水土流失已成为三峡库区生态环境和农业可持续性发展所面临的一个重大问题。研究通过15°、25°坡耕地不同利用方式的定位试验,探讨了三峡库区紫色土坡耕地的水土流失状况、侵蚀泥沙的颗粒组成及养分特征。结果表明紫色土坡耕地流失的泥沙中<0.02mm的颗粒大量富集,是养分流失的主要载体。不同土地利用方式中以果—植物篱复合、粮经果复合垄作模式的水土保持效果理想。

砂培条件下施加钙、砷对蜈蚣草吸收砷、磷和钙的影响

在砂培条件下 ,研究施加钙、砷对蜈蚣草生长和砷、磷和钙的吸收及转运的影响。添加砷对蜈蚣草的生物量 (根、叶柄和羽叶的干物重 )虽未达到显著影响 (p<0 .0 5) ,但添加 0 .1 mmol/L砷时 ,表现出刺激生长效应。提高介质中钙浓度明显抑制蜈蚣草根系生长 ,钙浓度过高还会显著限制地上部生长。供应 0 .0 3mmol/L钙时 ,蜈蚣草羽片砷浓度为 42 1 8mg/kg,明显高于 2 .5和 5 mmol/L钙处理下相应的砷浓度。砷的转运系数 (羽片 /根 )随着介质中砷浓度的升高而增大 ,随着介质中钙浓度的升高而减少。这说明一定范围内提高介质中砷浓度促进砷向地上部运输 ,而钙却明显抑制砷向地上部转运。钙和砷浓度过高时 ,植株均会出现中毒症状。钙中毒表现为叶脉变褐和叶肉坏死 ;而砷中毒现象表现在叶尖和叶缘变褐。介质中砷限制蜈蚣草根部对磷的吸收 ,但对地上部磷浓度无显著影响。介质中添加砷 ,植物体内钙浓度升高 ,可能起缓解砷毒的作用。钙、砷对蜈蚣草羽片砷累积量和总累积量均有极显著的交互作用 ,钙是负交互效应 ,砷是正交互效应。添加 2 .5和 5.0 mmol/L钙时 ,相对于 0 .0 3 mmol/L钙处理分别减少地上部砷累积量 2 0 .8%和73.1 %。这表明在应用蜈蚣草进行植物修复时 。

三峡库区坡地果园间植草篱的水土保持效应

坡地果园水土流失对三峡库区生态环境和农业可持续性发展构成双重压力。以皇竹草篱为纽带间植于坡地果园营建复合生态模式,对草篱拦蓄泥沙,径流的效应进行了长期观测。结果表明:草篱间植的应用能有效减少坡地果园的水土流失,尤以侵蚀量减少更为显著,与传统果园经营模式相比,径流量减少了58.71%～65.74%,侵蚀量减少了70.70%～77.92%。同时,草篱间植的应用对减少养分的流失总量效果也相当显著,对减少库区面源污染,保持和提高坡地果园的土地生产力具有重要作用,为三峡库区坡地果园的利用与保护提供了技术与模式支撑。

三峡库区小流域土地利用方式对土壤肥力的影响

为探讨三峡库区小流域不同土地利用方式对土壤肥力的影响特征,采用野外调查、取样和室内实验分析相结合的方法,对三峡库区五桥河流域内3种主要土地利用方式(旱地、柑橘园、林地)的土壤理化性状进行对比分析。结果表明,不同土地利用方式对土壤肥力具有较为明显的影响,土壤孔度、渗透率变化由大到小的次序为林地→柑橘园→旱地;土壤有机质和氮、磷、钾养分含量由大到小次序为林地→柑橘园→旱地。这与不同土地利用方式下人类耕作活动、对土地的劳力与经济投入不同密切相关。林地受人为扰动少,因而土壤肥力高;柑橘园、旱地受人类耕作活动影响大,但因柑橘园经济产出效益较高,农户对土地的投入相应较高,使得柑橘园土壤肥力高于旱地土壤。

三峡库区植物篱技术对坡耕地土壤肥力的影响

通过三峡库区25°紫色土坡耕地的定位试验观测,探讨了植物篱技术对坡耕地土壤肥力的影响。结果表明,植物篱技术科学合理地解决了坡耕地用地和养地的问题,一方面通过植物篱根系吸收土壤深层养分并以刈割茎叶返还土壤,促进了养分的循环与再分配,发挥了养分泵的功能;另一方面通过植物篱的阻滞和坡面覆盖,减少了由径流与侵蚀泥沙携带的养分损失,有效地改善了土壤肥力性状。

西藏土地利用综合分区

从西藏社会经济可持续发展的需要出发,开展西藏土地利用综合分区研究。依据2004年西藏土地利用数据,在全面分析西藏土地利用结构类型和社会经济发展的基础上,结合地域一致性,建立土地利用结构、经济指标体系,运用多元统计软件SPSS的系统聚类分析法,将西藏土地利用划分为藏中综合发展区、藏东农林牧区、藏南农牧区和藏北牧区,并综合分析评述了各分区土地利用现状、经济发展特征及土地利用功能与方向。

农耕地坡改梯增值评价

农耕地坡改梯作为一种有效的水土保持技术和农业生产技术措施,可治理水土流失,保护水土资源,改善农业生产环境,提高耕地质量,提高土地产出率和劳动率。以开县竹溪镇移民生态村坡改梯工程建设为例,利用收益还原法计算比较坡改梯前后农耕地价格的变化,以此揭示坡改梯水保工程的增值性。

陡坡地饲草玉米生物篱的生态效益研究

坡地水土流失对三峡库区生态环境与可持续性发展构成双重压力。生物篱技术是一条有效防治水土流失、提高土地生产潜力的坡地改良利用途径。本研究以饲草玉米为纽带营建坡地生物篱模式,经4a定位试验探讨了其生长状况和水土保持效益。结果表明,饲草玉米生物篱能有效改善陡坡地土壤性状、固持土壤、截持径流、减少养分流失,对减少库区水土流失与面源污染,保持和提高坡地生产力具有重要作用。

三峡库区坡耕地粮经果复合垄作对土壤水分特征的影响

减缓、减轻干旱的发生与危害是三峡库区坡耕地持续利用的关键。在坡度15°标准径流小区,以聚土垄作和农林复合为基本方法,营建坡耕地粮经果复合垄作模式,并对模式的土壤水分状况进行了长期定位观测。2002-2005连续4年试验结果表明,粮经果复合垄作能有效改善坡耕地土壤结构,利于土壤保持适宜的透水性和持水性,土壤有效库容扩大了145.2 m3/hm^2;同时,增加了土壤贮水,提高了贮水利用率,尤其是底层贮水利用率,比较平作对照,贮水库容和贮水利用率分别增大了5.73%、5.32%;此外,垄沟拦蓄了地表径流,减少径流损失达74.18%-95.81%,有利于降水入渗补给及旱季底墒的保护。